ГАЛАКТИЧЕСКИЕ СВЕРХВОЛНЫ или взрывы в ядре нашей Галактики
В первой половине XX столетия ученые даже не догадывались, что взрывы в ядре нашей Галактики могут представлять опасность для Земли. Доклады о чрезвычайно сильных взрывах, происходящих в ядрах некоторых галактик, стали появляться только в конце 50-х - начале 60-х годов. Вскоре астрономы заговорили о том, что подобная бурная активность является, пожалуй, относительно распространенным явлением, периодически повторяющимся в ядрах всех галактик, в том числе и нашей.
Однако их нисколько не волновало то, что центр Млечного Пути способен периодически взрываться, ведь, как они полагали, выброшенные частицы космических лучей не долетят до Земли. По их мнению, межзвездные магнитные поля в ядре Галактики послужат своего рода страховочной сеткой, которая не позволяет электрически заряженным космическим частицам удалиться более чем на несколько сотен световых лет. Ученые, например, считали, что линии магнитного поля Млечного Пути расположены перпендикулярно направлению космических лучей. При таком расположении эти поля создавали бы силы, способные изменить направление частиц и заставить их вращаться в крутых спиралях, таким образом захватив и задержав их. В одном исследовании, опубликованном в 1964 году, предсказывалось, что задержка космических частиц будет столь длительной, что пройдут миллионы лет, прежде чем они распространятся по Солнечной системе. К тому времени взрывная энергия настолько ослабнет, что повышение уровня фонового излучения в районе Земли составит всего несколько процентов. Как мы вскоре убедимся, данная теория неверна, поскольку линии магнитного поля Галактики расположены преимущественно параллельно внешним траекториям названных частиц, а не поперек.
Астрономы, кроме того, сильно переоценили длительность интервалов между взрывами, полагая, что они происходят не чаще одного раза в 10-100 миллионов лет. Столь завышенные оценки явились следствием неверных представлений о двухлепестковых радиогалактиках. Это галактики с ядрами, активно излучающими космические лучи, по бокам которых находятся два крупных района, так называемые радиолепестки, где летящие наружу космические лучи испускают огромное количество радиоволн. Хотя эти лепестки занимают площадь в миллионы световых лет, их излучение можно легко объяснить взрывом ядра галактики, процессом, длящимся от 1000 до 10 000 лет. Однако радиоастрономы сделали неправильный вывод, будто эти частицы космических лучей порождены в результате взрывов ядра, процесса, длящеюся миллионы лет и сменяющегося спокойной фазой продолжительностью до 100 миллионов лет. Видя, что ядро нашей Галактики в настоящее время довольно неактивно, они решили, что данная спокойная фаза тоже продлится многие десятки миллионов лет. Хотя данные, свидетельствовавшие об обратном (о том, что сравнительно сильные взрывы произошли в центре Млечного Пути в последние 10000-100 000 лет1-2), начали поступать уже в 1977 году, астрономы почему-то полагали, что те взрывы были незначительными и случайными, произошедшими в тот период, когда ядро, в общем-то, находилось в спокойном состоянии.
Зодиакальное послание рисует совершенно иную картину. Из него явствует, что взрывы ядра нашей Галактики способны сильно воздействовать на Землю и серьезно изменить жизнь ее обитателей и что, в частности, один такой взрыв повлиял на нашу планету перед концом последнего ледникового периода. Если сказанное выше верно, тогда взрывы в ядрах галактик случаются гораздо чаще, нежели полагают современные астрономы. В связи с этим нам не остается ничего другого, как предложить новую гипотезу о взрывах ядер галактик. Вот ее краткое изложение:
1.Ядро нашей Галактики периодически вступает во взрывную фазу, во время которой оно порождает интенсивный поток частиц космических лучей (электронов, позитронов и протонов). При этом выбрасывается столько энергии, сколько при очень мощных вспышках пяти - десяти миллионов сверхновых.
2.Эти взрывы повторяются примерно каждые 10 000 лет и продолжаются от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
3.Космические частицы (электроны и протоны), результат взрыва ядра, разлетаются радиально от галактического ядра с околосветовой скоростью и проходят через галактический диск с минимальным затуханием. Однако один из компонентов космических частиц, протон, все же улавливается магнитными полями. Будучи в 2000 раз тяжелей электронов, протоны летят значительно медленней и отстают от фронта электронов космических лучей, После этого они рассеиваются, их скорость быстро снижается, и магнитные поля в галактическом ядре захватывают их.
4. Один такой поток космических лучей пронесся через Солнечную систему перед концом последней ледниковой эпохи, внося в нес на протяжении нескольких тысяч лет огромные количества космической пыли. Эта пыль, воздействуя на Солнце и поглощая при прохождении через космос солнечный свет, в свою очередь, существенно изменила земной климат.
В соответствии с данной гипотезой электрически заряженные частицы сверхволны, электроны, беспрепятственно разлетаются от ядра галактики, следуя вдоль линий полей, находящихся на одном уровне с радиальным направлением их траектории. Летя вдоль них, частицы проявляют силы, которые выравнивают линии полей, как расческа пряди волос. Благодаря этому поля сохраняют радиальное направление по отношению к галактическому центру, и поэтому летящие частицы встречают минимальное сопротивление. Выбросы сверхволн из центра галактики явление довольно частое, и поэтому сгребенные поля не успевают сильно отклониться от радиального направления. Хотя линии межзвездных магнитных полей тоже проходят поперек, они не мешают распространению частиц сверхволны, так как компонент радиального магнитного поля проходит через и вокруг них.
Двигаясь через галактику по радиальным магнитным траекториям, электроны сверхволны толкались бы вперед и назад, испуская направленный вперед конический луч синхротронного элегсгромагнитного излучения. Данный эффект направленного вперед луча возникает потому, что электроны двигаются почти с той же скоростью, с какой и испускаемое ими излучение. Последнее облегчает прохождение сверхволны, так как разогревает межзвездную среду перед двигающимися космическими лучами, а это, в свою очередь, подавляет рост гидромагнитных волн, так называемых плазменных волн, которые в противном случае могли бы замедлить их движение.
Способность разогретого газа облегчать прохождение космических частиц была продемонстрирована в середине 80-х годов XX столетия при испытании, в рамках программы «Звездные войны», пучкового оружия. Ученым никак не удавалось заставить выпущенный пучок частиц двигаться по прямой линии к цели. Они нашли следующее решение: за долю секунды до момента выброса пучка частиц они включали лазер большой мощности. Лазерный луч пробивал туннель из горячего ионизованного газа, через который пучок частиц мог беспрепятственно пройти. К удивлению ученых, выяснилось, что начавший движение пучок устремлен так же прямо, как стрела. Стоило только потоку частиц начать движение по прямой траектории, и его прямо направленное синхротронное излучение действовало подобно «лазеру», ионизировавшему перед собой газ.
В 1985 году были получены новые данные, свидетельствовавшие о том, что космические лучи способны преодолевать огромные расстояния, и при этом им не мешают ни галактические магнитные поля, ни взаимодействия с плазменными волнами. Группа исследователей в области физики высоких энергий обнаружили, что Лебедь Х-3, пульсирующий источник космических лучей, расположенный на расстоянии 25-30 тысяч световых лет, бомбардирует Землю потоками космических частиц высоких энергий5. Они установили, что, несмотря на магнитные поля, упомянутые частицы, двигаясь с околосветовой скоростью по прямой траектории, способны достичь Земли. Через несколько лет другая группа ученых нашла еще один такой источник, пульсар Геркулес Х-1 в рентгеновском диапазоне, в настоящее время бомбардирующий Землю потоками выброшенных частиц каждую 1,2357 секунды. Несмотря на то что указанная звезда расположена на расстоянии 12 000 световых лет, воздействие межзвездной среды настолько незначительно, что интервал между последовательными выбросами частиц не превышает 300 миллионных секунды! Если бы межзвездная среда значительно замедлила движение этих частиц, их импульсы потекли бы почти непрерывным потоком. Следовательно, эти данные подтверждают содержащееся в знаках зодиака предсказание о том, что космические лучи из центра галактики могут лететь к Земле с околосветовой скоростью.
Еще в начале XX века астрономы считали, что космические объекты мало изменяются с течением времени. Казалось, что и звезды и галактики развиваются настолько медленно, что за обозримые промежутки времени в их физическом состоянии не происходит сколько-нибудь существенных изменений. Правда, были известны физические переменные звезды, отличающиеся, например, частыми изменениями блеска; звезды, бурно выбрасывающие вещество, а также вспышки новых и сверхновых звезд, сопровождающиеся освобождением огромных количеств энергии. Эти явления хотя и привлекали внимание исследователей, но все же представлялись эпизодическими, не имеющими принципиального значения.
Однако уже в 50-е годы XX века распространилось убеждение в том, что явления нестационарности — это закономерные этапы эволюции материи во Вселенной, играющие чрезвычайно важную роль в развитии космических объектов. И действительно, был обнаружен целый ряд явлений во Вселенной, связанных с выделением колоссальных количеств энергии и даже взрывными процессами.
В частности, оказалось, что некоторые галактики являются источниками мощного радиоизлучения.
Одна из таких радиогалактик — радиоисточник Лебедь-А — находится в районе созвездия Лебедя. Это необычайно мощная космическая радиостанция: ее радиоизлучение, принимаемое на Земле, имеет такую же мощность, как радиоизлучение спокойного Солнца, хотя до Солнца всего около 8 световых минут, а до галактики в Лебеде около 700 миллионов световых лет.
Как показывают расчеты, общая энергия релятивистских электронов, порождающих радиоизлучение радиогалактик, может достигать огромной величины. Так, для радиоисточника Лебедь-А эта энергия в десятки раз превооходит энергию притяжения всех звезд, которые входят в эту радиогалактику и в сотни раз больше, чем энергия ее вращения.
Возникает два вопроса: каков физический механизм радиоизлучения радиогалактик и откуда берется энергия, необходимая для поддержания этого радиоизлучения?
В Северном полушарии неба в созвездии Тельца есть небольшая газовая туманность. За свои причудливые очертания, чем-то напоминающие гигантского краба с многочисленными щупальцами, она получила название Крабовидной. Сопоставление фотографий этой туманности, сделанных в различные годы, показало, что газы, входящие в ее состав, разлетаются с колоссальной скоростью — около 1000 км/с. Видимо, это следствие взрыва огромной силы, который произошел примерно 900 лет назад, когда все вещество Крабовидной туманности было сконцентрировано в одном месте. Что же произошло в этом районе неба в начале второго тысячелетия нашей эры?
Ответ мы находим в летописях тех времен. В них рассказывается, что весной 1054 г. в созвездии Тельца вспыхнула звезда. На протяжении 23 суток она сияла так ярко, что была хорошо видна на дневном небе при свете Солнца. Сопоставление этих фактов привело ученых к выводу о том, что Крабовидная туманность представляет собой остаток вспышки сверхновой звезды.
Наблюдения показали, что Крабовидная туманность является чрезвычайно мощным источником радиоизлучения. Вообще любой космический объект, будь то галактика, звезда, планета или туманность, если только его температура выше абсолютного нуля, должен излучать электромагнитные волны в радиодиапазоне — так называемое тепловое радиоизлучение. Удивительное состояло в том, что радиоизлучение Крабовидной туманности было во много раз мощнее того теплового радиоизлучения, которым она должна была бы обладать в соответствии со своей температурой. Вот тогда-то и было сделано одно из самых выдающихся открытий в современной астрофизике, открытие, которое не только объяснило природу радиоизлучения Крабовидной туманности, но и дало ключ к пониманию физической природы очень многих явлений, происходящих во Вселенной. Впрочем, в этом нет ничего удивительного: ведь в каждом отдельном космическом объекте находят свое отражение самые общие закономерности природных процессов.
Усилиями главным образом советских ученых была разработана теория нетеплового электромагнитного излучения космических объектов, порождаемого движением очень быстрых электронов в магнитных полях. По аналогии с некоторыми процессами, происходящими в ускорителях заряженных частиц, такое излучение получило название синхротронного.
В дальнейшем выяснилось, что синхротронное радиоизлучение является характерной особенностью целого ряда космических явлений. В частности, именно такую природу имеет радиоизлучение радиогалактик.
Что же касается источника энергии, то в Крабовидной туманности таким источником была вспышка сверхновой звезды. А в радиогалактиках?
Очень многие факты говорят о том, что источником энергии их радиоизлучения, по-видимому, служат активные физические процессы, протекающие в ядрах этих звездных систем.
Как показывают астрономические наблюдения, в центральных частях большинства известных нам галактик имеются компактные образования, обладающие довольно сильным магнитным полем. Эти образования получили название ядер. Нередко в ядре сосредоточена значительная доля излучения всей галактики. Есть ядро и у нашей Галактики. Как показали радионаблюдения, из него происходит непрерывное истечение водорода. За год выбрасывается масса газа, равная полутора массам Солнца. Немного? Но если учесть, что наша звездная система существует больше 10 миллиардов лет, то нетрудно подсчитать, что за это время из ее ядра было выброшено колоссальное количество вещества. При этом есть веские основания предполагать, что явления, регистрируемые в настоящее время, представляют собой лишь слабые отголоски гораздо более бурных процессов, которые происходили в ядре нашей Галактики, когда она была моложе и богаче энергией. На эту мысль наводят весьма активные явления, которые мы наблюдаем в ядрах некоторых других галактик.
Так, например, в галактике М 82 наблюдается разлет газовых струй во все стороны от ядра со скоростями до 1500 км/с. Видимо, это явление связано со взрывом, который произошел несколько миллионов лет назад в ядре этой звездной системы. Согласно некоторым подсчетам, его энергия была поистине колоссальна — она соответствует энергии взрыва термоядерного заряда с массой, равной массе нескольких десятков тысяч солнц. Правда, в последнее время относительно взрыва в М 82 высказываются определенные сомнения. Однако известен еще целый ряд галактик, в ядрах которых происходят чрезвычайно мощные нестационарные явления.
В 1963 г. на очень больших расстояниях от нашей Галактики были обнаружены поразительные объекты, получившие название квазаров. В сравнении с громадными звездными островами-галактиками, квазары ничтожно малы. Но каждый квазар излучает в сотни раз больше энергии, чем самые гигантские известные нам галактики, состоящие из сотен миллиардов звезд.
Открытие квазаров, как и всякое подобное открытие, оказалось неожиданным — одним из тех удивительных сюрпризов, которые время от времени преподносит и будет нам преподносить бесконечно разнообразная Вселенная. О существовании подобных объектов физики и астрофизики не только не могли предполагать заранее, но если бы до открытия квазаров им описали их свойства, ученые, по мнению известного астрофизика И. Д. Новикова, наверняка заявили бы, что такие объекты в природе вообще не могут существовать.
Тем не менее квазары существуют и их физическая природа требует объяснения. Однако такого общепринятого объяснения пока еще нет. Высказывались различные предположения, часть из них впоследствии отпала, часть продолжает обсуждаться. Но. какие физические процессы могут приводить к выделению столь грандиозных количеств энергии, все еще остается неясно.
В то же время значительные успехи достигнуты в решении другого вопроса: какое место занимают квазары в ряду различных космических объектов? Являются ли они уникальными образованиями, своеобразным исключением из общего правила или закономерным этапом в развитии космических систем?
Подобная постановка вопроса характерна для всего духа современной астрофизики. Если еще сравнительно недавно исследователи Вселенной интересовались главным образом изучением физических свойств, характеризующих современное состояние того или иного космического объекта, то теперь на первый план выдвинулось исследование его истории, его предшествующих состояний, закономерностей его происхождения и развития. Подобный подход явился результатом осознания того факта, что мы живем в расширяющейся нестационарной Вселенной, прошлое которой отличается от ее современного состояния, а современное состояние — от будущего.
В свете этих идей особый интерес приобретает выяснение возможной родственной связи между различными нестационарными объектами. В частности, оказалось, что по своему строению и оптическим свойствам радиогалактики не представляют собой ничего исключительного. Оказывается, для любой„ радиогалактики можно найти похожую на нее «нормальную» галактику, которая отличается только отсутствием радиоизлучения. Это, видимо, и говорит о том, что способность излучения мощных потоков радиоволн возникает лишь на некоторой стадии эволюции галактик того или иного типа. Своеобразное «возрастное» явление, .которое наступает на определенном этапе жизни звездных систем, а затем исчезает...
Подобное предположение тем более правдоподобно, что радиогалактик значительно меньше, чем «нормальных».
Но не являются ли в таком случае квазары, эти сверхмощные «фабрики энергии», тоже некоторой стадией развития космических объектов, быть может, одной из самых ранних? Во всяком случае, анализ электромагнитного излучения квазаров обнаруживает явное сходство между ними и ядрами некоторых типов радиогалактик.
Известный московский астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов обратил внимание на одно весьма любопытное обстоятельство. Почти все известные нам квазары (а их зарегистрировано уже свыше полутора тысяч) — одинокие объекты. С другой стороны, близкие к ним по свойствам радиогалактики, как правило, входят в скопления галактик и являются их главными, центральными членами, наиболее яркими и активными.
В связи с этим Б. А. Воронцов-Вельяминов высказал предположение о том, что квазары — не что иное, как «протоскопления» галактик, т. е. объекты, в результате дальнейшей эволюции которых возникали в дальнейшем галактики и скопления галактик.
В пользу подобного предположения говорит, например, активность ядер галактик, весьма сходная с активностью квазаров, хотя и не такая бурная. Особенно бурные процессы протекают в ядрах так называемых сейфертовских галактик. Эти ядра имеют очень малые размеры, сравнимые с размерами квазаров и подобно им обладают чрезвычайно мощным электромагнитным излучением. В них происходят движения газа с огромными скоростями, достигающими нескольких тысяч километров в секунду. У многих сейфертовских галактик наблюдаются выбросы компактных газовых облаков с массами в десятки и сотни солнечных масс. При этом выделяется колоссальная энергия. Так, например, в ядре сейфертовской галактики NGC 1275 (радиоисточник Персей-А) около 5 млн. лет назад (по времени этой галактики) произошел сильнейший взрыв, сопровождавшийся выбросом газовых струй со скоростями до 3000 км/с. Энергия разлета газа здесь на два порядка выше, чем в галактике М 82.
Еще один класс галактик с активными ядрами, обладающими аномально сильным ультрафиолетовым излучением, был обнаружен советским астрономом Б. Е. Маркаряном. Видимо, большая часть этих галактик переживает в настоящее время эпоху, следующую за выбросом, как говорят астрономы, послеэруптивную стадию.
Не исключено, что энергия излучения квазаров и активность ядер галактик порождаются сходными физическими процессами.
Квазары — весьма удаленные объекты. А чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более далеком прошлом мы его наблюдаем. Галактики, в том числе и галактики с активными ядрами, в среднем, расположены ближе, чем квазары. Следовательно, это объекты более позднего поколения — они должны были образоваться позже квазаров. И это немаловажное свидетельство того, что квазары, возможно, являются ядрами галактик.
Что же касается природы физических процессов, обеспечивающих энерговыделение квазаров, то на этот счет имеется одна интересная гипотеза.
Теория столкновения галактик прожила веселую, по короткую жизнь. Прежде всего астрономов начал мучить вопрос об энергии.
Обычные галактики вроде нашей испускают в форме радиоволн примерно 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (десять тысяч триллионов триллионов) киловатт энергии. Это равно мощности приблизительно тысячи отдельных радиоисточников вроде Кассиопеи А.
Это утешительный факт. Вполне логично объяснить микрорадноволновое излучение обычной галактики тем, что она содержит несколько тысяч остатков Сверхновых. Такая цифра, безусловно, не чрезмерно велика Микрорадиоволновое излучение обычной галактики составляет лишь миллионного долю энергии, излучаемой ею в виде света, и это тоже не вызывает особого недоумения.
Однако даже самая слабая из радиогалактик излучает в пространство в виде микрорадиоволн в 100 раз больше энергии, чем обычная галактика. Микрорадиоволновое излучение Лебедя А в миллион раз мощнее микрорадиовонового излучения обычной галактики. Собственно говоря, Лебедь А излучает в форме микрорадиоволн примерно столько же энергии, сколько и в виде света.
Картина начинала выглядеть загадочно, и чем больше над этим думали, тем труднее было объяснить такую интенсивность микрорадиоволнового излучения. Выяснилось, например, что энергия микрорадиоволнового излучения Лебедя А примерно равна всей энергии движения предположительно сталкивающихся галактик. Казалось невероятным, чтобы энергия столкновения целиком перешла в микрорадиоволиы. Ведь тогда вся масса одной галактики должна была бы стать неподвижной по отношению к другой, а как это могло произойти? Путем столкновения десяти миллиардов звезд? Невозможно! Но даже если бы такое столкновение произошло, каким образом вся его энергия могла преобразоваться в микрорадиоволны? Ведь значительная ее часть могла бы изучаться в других диапазонах спектра.
Кроме того, к концу 50-х годов стала все больше распространяться теория, что микрорадиоволновое излучение различных радиоисточников создается синхротронным излучением электронов высокой энергии, движущихся в сильном магнитном поле. А это означало, что кинетическая энергия столкновения должна переходить не прямо в микрорадиоволиы, а в электроны высокой энергии, которые затем должны быть захвачены магнитным полем. Однако невозможно было предложить правдоподобною механизма такого превращения кинетической энергии в электроны высокой энергии.
Результаты наблюдений также противоречили теории сталкивающихся галактик. Чем больше радиоисточников отождествлялось с отдельными галактиками, тем труднее становилось истолковывать видимые детали этих галактик как признаки столкновения. Да, конечно, микрорадиоволновое излучение некоторых «странных» галактик представлялось необычным, но в их внешнем облике не было ничего странного. Они казались самыми обыкновенными галактиками, ведущими одинокую жизнь и не обнаруживающими признаков какого-либо столкновения, и все же они были мощнейшими источниками микрорадиоволн.
И постепенно начала возникать новая точка зрения. Может быть, это вовсе не столкновение двух галактик, а взрыв одной галактики?
Рис. Источники радиоизлучения в других галактиках.
Возьмем, например, галактику NGC 1068. Это слабая радиогалактика, микрорадиоволновое излучение которой превышает излучение обычной галактики только в 100 раз. Однако это излучение, по-видимому, все целиком поступает из маленького участка в самом ее центре. Столкновение галактик, содержащих облака пыли, должно было бы вызвать излучение в гораздо большем объеме пространства и уж, во всяком случае, не в центре, где нет пыли. С другой стороны, взрыв должен был бы произойти именно в центре, где звезды наиболее скучены и где легко может произойти катастрофа, захватывающая большое число звезд в относительно короткое время. Если это так, то мы, возможно, наблюдаем в NGC 1068 самое начало подобной катастрофы. Излучение микрорадиоволн все еще сосредоточено в начинающем взрываться центре и все еще невелико.
Следующая стадия того же процесса, возможно, представлена галактикой NGC4486, которая более известна как М 87 по своему номеру в каталоге Мессье. В ее центре также имеется мощный источник микрорадиоволн, но, кроме того, источником микрорадиоволнового излучения, хотя и более слабым, является ореол вокруг ее центра — ореол, заполняющий почти весь ее видимый диск. Это выглядит так, словно бешеная ярость центрального взрыва уже распространилась на десятки тысяч световых лет во всех направлениях и М 87 испускает микроволны в 100 раз интенсивнее, чем NGC 1068. Но интереснее всего следующее обстоятельство внимательное изучение М 87 с помощью телескопов показало, что из ее центра вырывается светящаяся струя. Может быть, это вещество, выброшенное силой центрального взрыва в межгалактическое пространство? Свет этой струи, как доказал Бааде, поляризован. Это еще одно свидетельство в пользу теории Шкловского о синхротронном излучении как источнике излучения микрорадиоволн.
Возможно, на еще более поздней стадии главный источник излучения микрорадиоволн полностью покидает галактическое ядро и располагается по обеим его сторонам. Например, у NGC 5128, испускающей микрорадиоволны с той же интенсивностью, что и М 87, есть четыре области микрорадиоволнового излучения. Пара более интенсивных источников излучения находится по обе стороны пылевой полосы, пара более слабых и более протяженных— по обе стороны видимой части галактики. Источник микрорадиоволн разделился, и половины его разошлись к краям ядра галактики, причем какая-то его часть была выброшена в противоположных направлениях далеко за пределы ядра. А может быть, полоса пыли— это вовсе не ребро спиральной галактики, погружающейся в шаровидную, как предполагалось вначале, а результат тех процессов, которые происходили в пораженном катастрофой центре галактики? Может быть, полоса пыли — это гигантское облако распавшегося звездного вещества, которое случайно было выброшено в нашу сторону?
NGC5128 находится относительно недалеко от нас (всего в 15 миллионах световых лет), и мы можем различить в ней некоторые подробности. Если бы она была намного дальше, полоса пыли и все, что ее окружает, уменьшились бы настолько, что различить можно было бы только два пятнышка света, почти соприкасающиеся друг с другом. И их можно было бы принять за две галактики, которые сближаются плоскими сторонами, точно оркестровые тарелки.
Но ведь именно такой парой галактик считался источник радиоизлучения Лебедь А. Так, может быть, там происходит то же, что и в NGC5128, а мы просто хуже видим этот радиоисточник, поскольку расстояние до него не 15 миллионов световых лет, а 700 миллионов? Если это так, то там взрыв достиг уже более поздней стадии, ибо все вещество, испускающее микрорадиоволны, выброшено за пределы ядра галактики в диаметрально противоположные стороны. То же относится и к другим галактикам, в которых радиоисточники находятся по обе стороны от ядра. Тем не менее в этих галактиках все еще сохраняются следы катастрофы, гак как их оптические спектры говорят о невероятно высоких температурах.
А на самой последней стадии, возможно, источники радиоизлучения становятся уже настолько рассеянными и слабыми, что мы не можем их обнаружить, и галактика снова (насколько позволяет судить радиоастрономия) превращается в обычную.
И все же, пока гипотеза сталкивающихся галактик медленно умирала, а гипотеза взрывающихся галактик выходила на первый план, доказательства в пользу этой последней по-прежнему опирались только на выводы относительно природы микрорадиоволнового излучения, сделанные в 50-е годы. Единственным наглядным свидетельством в пользу теории взрыва служила струя в М 87, да и это свидетельство было не совсем убедительным, поскольку струя вырывается только в одном направлении, в го время как подобные явления должны развиваться симметрично в двух противоположных направлениях.
Необходимые наглядные доказательства были получены в начале 60-х годов. В 1961 г. американский астроном Кларенс Роджер Линдс (род. в 1928 г.) пытался уточнить положение слабого радиоисточника 3С231. Участок, охватываемый размытым источником, включал ряд галактик в созвездии Большой Медведицы, самой большой и заметной из которых была М 81. Считалось, что источник этот и находится в М81. Однако, когда Линде уточнил его положение, он оказался не в М81, а в соседней галактике меньших размеров М 82.
Бесспорно, М82 — гораздо более «странная» галактика, чем М81. Полученные ранее фотографии показывали, что она необычайно богата пылью и что внутри нее невозможно различить отдельные звезды, хотя она находится от нас всего в 10 миллионах световых лет. Кроме того, выше и ниже ее можно было заметить слабые при знаки газовых или пылевых волокон.
Как только М82 была признана источником радиоизлучения, к ее оптическим свойствам был проявлен особый интерес. Американский астроном Аллан Рекс Сендейдж (род в 1926 г) сфотографировал ее с помощью 200-дюймовою телескопа, используя специальный красный фильтр, преимущественно пропускающий излучение горячего водорода. Он рассуждал так: если в центре этой галактики происходит какой-то процесс, связанный с выбросом вещества, то вещество это будет в основном водородом, а увидеть его будет легче, если исключить свет других источников
Он оказался прав. Было совершенно ясно видно, что в галактике М 82 происходит гигантский взрыв. На фотографии с трехчасовой выдержкой получились струи водорода длиной до тысячи световых лет, вырывающиеся из ядра галактики. Общая масса выбрасываемого водорода была эквивалентна по меньшей мере массе 5 000 000 средних звезд. Судя по скорости движения этих струй и по расстоянию, которое они уже прошли, взрыв, каким он виден сейчас с Земли, продолжается уже 1 500 000 лет. По-видимому, он еще находится на ранней стадии и не успел перейти в более позднюю, когда появляется двойной источник по обе стороны галактики.
Свет М82 поляризован, и характер его поляризации показывает, что эта галактика обладает сильным магнитным полем. Вновь подтверждается теория синхротронного излучения. (В 1965 г. было обнаружено, что синхротронное излучение приходит и из ореола вокруг М81 возможно, это ответная реакция на поток энергии, приходящий от ее взрывающейся соседки)
Может быть, взрывы галактик — это сравнительно обычное явление, может быть, через эту стадию проходят многие галактики, как многие звезды проходят через стацию Сверхновой? Прошла ли через нее наша собственная Галактика? Взрывалось ли ядро нашей Галактики? Если да, то взрыв этот не мог быть ни очень большим, ни очень недавним, так как по бокам нашей Галактики нет никаких признаков сильных радиоисточников. Однако из центра на окраины Галактики непрерывно течет водород. Что это — процесс, обычный для всех галактик, или последние угасающие отголоски взрыва, случившегося миллиарды лет назад?
Радиогалактика Лебедь А удалена от Земли на ~700 млн. св. лет. На фотографии, полученной с помощью оптического телескопа, обнаружены две галактики, входящие одна в другую. Их центральные области сильно искажены, смяты чудовищной силой. Звезды таких галактик остаются без изменения, но их движение под влиянием взаимного притяжения сильно искажается. Столкновение газопылевых облаков галактик изменяет форму, при этом температура в них достигнет 100 млн. кельвинов. Межзвездная пыль и газ взаимопроникающих галактик при столкновении начинает светиться. Изменяются и рушатся и магнитные поля, что приводит к испусканию электромагнитного излучения, которое через многие сотни миллионов световых лет достигает Земли. Размеры столкнувшихся галактик составляют миллионы световых лет, а расстояние между центрами столкнувшихся галактик составляют около ~3000 св. лет. Сгустки радиоизлучения Лебедя А обнаружены в двух точках, разнесенных на ~120000 св. лет. Такой радиодуплет обнаруживает две струи суперрелятивистских частиц, выброшенными взорвавшейся миллионны лет назад "материнской" галактикой. По закону сохранения вектора импульса эти струи должны удаляться от центра в противоположных направлениях. В такой струе уносится, и часть магнитного поля галактики и возникает синхротронное излучение. Особенно мощным оно будет на самом конце струи, где магнитные силовые линии сильно сжаты. И то, что мы принимаем за два отдельных радиоисточника, в действительности представляет собой лишь электронное неистовство на концах чудовищных газовых струй.
Другой пример. В галактике Центавр А, расположенной ближе к Земле, наблюдается такая же картина, а радиоисточники разделены расстоянием в ~650000 св. лет. Можно предположить, что галактики Лебедь А и Центавр А - одинаковые по типу космические объекты, находящиеся на разных стадиях эволюции. Хаотическое движение газопылевых облаков, содержащих заряженные частицы, приводит к тому, что магнитные поля отдельных облаков, накладываясь, друг на друга, они усилят общее магнитное поле галактики. Магнитные силовые линии направлены вдоль экваториальной плоскости галактик. Преимущественно в этом же направлении вытягиваются и волокна газовых туманностей. Возможно, что спиралеобразная форма нашей Галактики "Млечный Путь" тоже вызвана действием магнитного поля. В 1964 г. самым удаленным квазаром считался 3С147. Его скорость убегания составляет 40% скорости света. Но открытый квазар 3С9 удаляется со скоростью ~240000 км/с, что составляет 80% скорости света, т.е. свет от него вышел через ~(2-3) млрд. лет после возникновения Вселенной. Обнаружены голубые звездные объекты (ГЗО). Некоторые из них, например ГЗО-1 удаляется со скоростью ~200000 км/с. Считается, что численность ГЗО больше, чем квазаров, в 500 раз. Они многочисленны и так далеко удалены от нас, что позволят определить такие эффекты, как кривизна пространства, и замедляется ли расширение Вселенной.
Наблюдения показали, что в том месте Млечного Пути, где мы видим теперь эллиптическую галактику, ~1,5 млн. лет назад произошел грандиозный взрыв, в результате которого высвободилась колоссальная энергия, и возникли частицы высоких энергий - космические лучи.
В радиогалактике М87 электроны (синхротронное излучение) несут энергию ~10000 ГэВ. Такие сверхбыстрые частицы способны прорваться сквозь преграды магнитного поля радиогалактики и унестись в космическое пространство.
Следовательно, источниками энергий синхротронного излучения (космических лучей) являются взрывы галактических ядер.
В семидесятых годах двадцатого века астрономами обнаружена группа галактик, видимых в оптическом диапазоне, сгруппировавшихся вокруг спиральной галактики М81, находящейся от Земли на расстоянии ~2300 кпк (~10 млн. св. лет), и удаляющейся от нас со скоростью ~187 км/с.
М81 меньше по размерам нашей Галактики, но имеет наклон по отношению к Земле, поэтому ее спиралевидное строение видно отчетливо.
Долгое время с М81 отождествляли слабый радиоисточник 3С231.
Однако с помощью современных приборов удалось показать, что радиоисточник совпадает не с М81, а с другой галактикой М82, имеющей необычную форму. Она повернута к нам ребром и имеет вид клочковатого, туманного облака, т.е. галактика неправильной формы, которая удаляется от нас со скоростью ~74 км/с. М81 и М82 соседи.
Следовательно, они удаляются одна от другой со скоростью ~113 км/с. Значит много миллионов лет назад, (а может и миллиардов лет назад) М81 и М82 возникли одновременно из какой-то протогалактической материи.
На фотографиях видно, что внутри М82 нельзя различить ни одной отдельной звезды. Удавалось разрешить на звезды и более удаленные галактики.
Но на фотографиях удалось увидеть пересекающие эту веретенообразную галактику исполинские газопылевые полосы и волокнистые сгущения на их концах. При фотографировании М82 в красном свете и с помощью интерференционного фильтра (снимали в свете с длиной волны, которая строго соответствует a-линии водорода) выявились неожиданные особенности.
Вместо слабых волокон проявились исполинские водородные "крылья", простирающиеся по обе стороны галактики на ~14000 св. лет. Их скорость разлета ~1000 км/с.
Северная сторона М82 ближе к Земле, чем южная, т.е. вещество действительно разлетается от центра галактики.
Расчеты показали, что взрыв ядра галактики произошел ~1,5 млн. лет назад. Поэтому мы видим сейчас следы взрыва, который потряс галактику ~11,5 млн. лет назад. Какой вид имеет в настоящее время галактика М82 можно только догадываться.
Количество разлетевшегося вещества составляет ~10 63 протонов и электронов и для их разгона требуется энергия ~10 55 эрг. Сейчас М82 не обнаруживает пока двух раздельных радиоисточников, но они могут появиться на более поздних стадиях эволюции галактики.
Следовательно, галактические волокна еще не превратились в газовые струи с электронными "бомбами" на концах.
Возможно, что сверхзвезды или квазары - это лишь начальная ступень эволюции радиогалактик.
В 1963 г. американские астрономы Линде и Сендидж опубликовали результаты исследования галактики NGC 3034. Эта неправильная галактика типа II обладает особенностью - ее цвет не соответствует спектру. Спектр у нее А2 - еще более ранний, чем обычно бывает у галактик типа II, а цвет вместо того, чтобы быть белым, или даже голубым, оказался оранжево-красноватым.. В подобных случаях, когда цвет звезды или галактики краснее, чем это следует из ее спектра, наиболее вероятно, что покраснение вызвано наличием диффузной материи. У NGC 3034 контраст между спектром и цветом настолько значителен, что Линде и Сендидж предположили существование в ней очень большого количества газовой и пылевой материи и выполнили специальное исследование. Сендидж получил на 5-метровом телескопе снимки в узкой части спектра около спектральной линии, и в желтых лучах, в которых газовые и пылевые массы фотографируются более отчетливо. Исследование снимков показало наличие плотной системы темных каналов и светлых волокон диффузной материи, связанных с ядром, свидетельствующих своей формой об энергичном движении, простирающихся на расстояние до 3 кпс по обе стороны от ядра в направлении его малой оси.
Спектрограммы показали, что диффузная материя дает эмиссионные линии и, следовательно, какой-то механизм привел газ в возбужденное состояние. Эмиссионные линии обнаруживают расширение. Измерение его показало, что газ движется со скоростью около 1000 км/с прочь от ядра, образуя волокна. Так как волокна обрываются на расстоянии 3 кпс от ядра (газ успел дойти до этого места), то все перечисленные явления позволяют прийти к заключению, что в ядре NGC 3034 около полутора миллионов лет назад произошел грандиозный взрыв, вызвавший выброс со скоростью около 1000 км/с огромных масс диффузной материи. Энергия, выделившаяся при взрыве, была израсходована, во-первых, на то, чтобы привести в быстрое движение дуффузную материю и, во-вторых, на то, чтобы перевести ее атомы в ионизованное и возбужденное состояние. По наблюдаемой интенсивности излучения в линии Н а можно оценить плотность выброшенной диффузной материи, а следовательно, и ее общую массу, которая оказалась равной 5,6 млн. солнечных масс. Это позволяет при известной скорости оценить общую кинетическую энергию движущейся диффузной материи в 2,4 10 48 Дж. NGC 3034 излучает в эмиссионных линиях, в непрерывном спектре оптических лучей и, как показали наблюдения Линдса, в радиоволнах. Если оценить общую мощность, всего излучения и предположить, что в течение всех полутора миллионов лет от начала взрыва мощность излучения была постоянной и равной нынешней, то оценка, энергии взрыва, израсходованной на излучение до настоящего момента, равна 9 10 48 Дж.
Итак, по сумме энергий, израсходованных на приведение диффузной материи в движение и на излучение этой материи, можно дать оценку общей энергии взрыва в ядре NGC 3034. Эта энергия больше 10 49 Дж, т. е. в миллион раз больше, чем энергия, выделяемая при вспышке сверхновой звезды. Еще несколько лет назад вспышки сверхновых считались самыми грандиозными катастрофами во Вселенной. А теперь мы являемся свидетелями катастрофы - взрыва в ядре галактики, масштаб которой еще в миллион раз больше.
Может ли являться взрыв в NGC 3034 уникальным явлением, не имеющим себе подобных во Вселенной? Конечно, нет. Столь значительное событие не может быть результатом случайности. Это, конечно, закономерное явление. Вопрос заключается лишь в том: происходит ли оно со всеми галактиками на некоторой стадии их эволюции или, может быть, только с галактиками некоторого типа, отвечающими определецным физическим требованиям.
То, что явление взрыва в ядре обнаружено пока только у одной галактики, должно объясняться, во-первых, скоротечностью этого процесса, а во-вторых, недостаточной исследованностью даже ярких галактик. Взрыв произошел полтора миллиона лет назад. За это время газовые массы проникли на расстояние трех килопарсек. Еще через 10 млн. лет они дойдут до мест, удаленных от ядра на 15-18 кпс, т. е. выйдут за границу галактики. Скорость газовых масс, потраченная на преодоление силы тяготения системы, уменьшится, плотность газов после распространения uo ї всему объему галактики станет значительно ниже, вся» запасенная энергия излучения успеет израсходоваться. Через 10 млн. лет наблюдатель уже не обнаружит в NGC 3034 признаков взрыва. Если считать, что:
мир галактик существует около 10 млрд. лет,
в каждой из галактик один раз за все время происходит взрыв в области ядра,
взрывы. у разных галактик происходят в разное время и равномерно распределены по всему промежутку времени 10 10 лет,
взрыв наблюдается в течение 10 млн. лет,
то только у одной из тысячи галактик в настоящий момент должен наблюдаться взрыв. Неудивительно поэтому, что столь важное и интересное явление не удалось обнаружить раньше, чем через 40 лет после того как началось систематическое изучение галактик. Возможно, однако, что взрывы ядер галактик повторяются, тогда число наблюдаемых взрывов должно быть больше.
Важная задача - проверить другие галактики. Не происходит ли взрыв в ядрах некоторых из них? Недавно Б. А. Воронцов-Вельяминов указал на галактики NGC 5195 и NGC 3077, которые имеют общие черты с NGC 3034. Они тоже принадлежат к типу II и в них примерно по радиусам, идущим от центра, располагаются темные каналы со светлыми волокнами. Необходимо исследовать эти две галактики, хотя у них, в отличие от NGC 3034, не наблюдается радиоизлучение. Возможно, что взрывы в ядрах этих галактик произошли раньше, чем в NGC 3034, радиоизлучение ослабело и не обнаруживается в наши дни, а остальные последствия взрыва еще видимы.
Б. Е. Маркарян привел список неправильных галактик, сходных но внешнему виду с NGC 3034. Все они, в отличие от обычных неправильных галактик II, обладают оранжево-красноватым цветом, хотя спектральные классы у них сравнительно ранние: А и F0-F3. Эти галактики, как правило, содержат много темной материи и их светимости в 5-10 раз больше светимостей обычных галактик типа II. Есть основание считать, что исследование спектров и специальных фотографий галактик, приведенных в списке, позволит обнаружить в некоторых из них гигантские взрывы, исходящие из ядра.
По мнению Бербиджей, взрывающейся галактикой является также VV 144, т. е. галактика, стоящая под номером 144 в каталоге Б. А. Воронцова-Вельяминова,
После обнаружения столь выдающегося явления в ядре NGC 3034 можно полагать, что эмиссионные линии, наблюдаемые в ядрах очень большого числа галактик, являются реликтами значительных событий, происходивших в прошлом. Отсутствие эмиссионных линий в ядрах может свидетельствовать о том, что или галактики испытали взрыв ядра так давно, что успели утерять последние признаки, связанные со взрывом, или же что взрыва не было и некоторые из галактик находятся в предвзрывном состоянии.
Но это - пока только предположения. Одно очевидно - спокойный процесс образования звезд из рассеянного газа путем его сжатия не может объяснить катаклизмов масштаба взрыва в NGG 3034.
Согласно В, А. Амбарцумяну ядра - основная активная область в галактиках и место сосредоточения сверхплотного вещества. Гигантские взрывы перенасыщенного энергией сверхплотного вещества выбрасывают его части из ядра вместе с попутно образующимися звездами и газом вдоль спиральных линий, где в результате непрекращающегося дробления частей сверхплотного вещества продолжается процесс формирования звезд и выделения диффузной материи.
Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем .
